蛋白质组学的研究进展及应用
蛋白质组学技术研究进展及应用

蛋白质组学技术研究进展及应用一、本文概述蛋白质组学,一门专注于研究生物体内所有蛋白质的表达、结构、功能和相互作用的科学,已经成为现代生物学的重要分支。
随着科学技术的飞速发展,蛋白质组学技术在方法学上取得了显著的进步,其应用领域也在不断扩大。
本文旨在综述近年来蛋白质组学技术的最新研究进展,并探讨其在生命科学、医学、农业、工业等领域的应用。
我们将首先回顾蛋白质组学技术的发展历程,然后重点介绍当前的研究热点和前沿技术,最后展望其未来的发展趋势和潜在应用。
通过本文的阐述,我们希望能够为读者提供一个全面而深入的蛋白质组学技术研究进展及应用的概览。
二、蛋白质组学技术进展随着科技的飞速发展,蛋白质组学技术也取得了显著的进步,为生命科学的研究开辟了新的道路。
蛋白质组学技术主要包括蛋白质分离、鉴定、定量以及相互作用分析等关键技术环节。
在蛋白质分离技术方面,二维凝胶电泳(2D-PAGE)仍然是经典的蛋白质分离方法,但其分辨率和重现性有待进一步提高。
近年来,液相色谱(LC)和毛细管电泳(CE)等新技术逐渐崭露头角,这些技术具有更高的分离效率和分辨率,为复杂样品中的蛋白质分析提供了有力工具。
蛋白质鉴定技术也取得了显著进展。
传统的质谱技术(MS)已经得到了广泛应用,而新一代质谱仪器如质谱成像技术(MSI)和单分子质谱技术(SMS)的出现,极大地提高了蛋白质鉴定的准确性和灵敏度。
生物信息学和数据库技术的不断发展,也为蛋白质鉴定提供了更加完善的数据支持。
在蛋白质定量方面,稳定同位素标记技术(SILAC)和同位素编码亲和标签技术(ICAT)等定量方法的出现,使得对蛋白质表达水平的精确测量成为可能。
这些技术不仅提高了定量的准确性,还能够在复杂样品中同时检测多个蛋白质,大大提高了研究的效率。
蛋白质相互作用分析是蛋白质组学研究的另一个重要领域。
传统的酵母双杂交技术和免疫共沉淀技术仍然是常用的方法,但近年来,基于质谱的蛋白质相互作用分析技术(如亲和纯化质谱技术)的发展,为蛋白质相互作用研究提供了新的视角。
生物医学中的蛋白质组学研究进展

生物医学中的蛋白质组学研究进展近年来,生物医学研究中的蛋白质组学已受到广泛关注。
蛋白质组学是一种高通量技术,可以对大量的蛋白质进行分析,从而为研究生物学、生物化学、医学、药学等领域提供更深入的了解和新的解决方案。
蛋白质组学研究是一种把人体中的所有蛋白质进行系统分析的科学方法。
通过蛋白质组学研究,可以加深人们对蛋白质的认识,探讨蛋白质在复杂生物学基础上的功能以及与疾病的关系。
这一方法已经极大地推动了生物学、生命科学和生物医学的发展。
近年来,许多科学家已经把研究重心转向蛋白质组学,在这一领域里取得了许多进展。
现在,蛋白质组学已经成为医学诊疗和新药研发的重要方法。
一、蛋白质组学技术蛋白质组学技术是指将蛋白质从生物样品中提取出来,并通过分离和鉴定来确定其种类、数量、结构和功能等的技术。
具体包括质谱技术、二维凝胶电泳、蛋白质芯片、蛋白质相互作用技术等。
1.质谱技术质谱技术最为成熟,在蛋白质组学中得到广泛应用。
分析前,蛋白质需要经过某些步骤,如消化、分离、富集,最后才能进入质谱仪。
2.二维凝胶电泳二维凝胶电泳分离、定量、鉴定和分析蛋白质是蛋白质组学中最经典和传统的方法之一。
这种技术可以将复杂的蛋白质混合物分离成数千个不同的蛋白质,对于大量蛋白质的鉴定具有非常大的优势。
3.蛋白质芯片蛋白质芯片被认为是蛋白质组学领域中非常有前途的技术之一,即将大量不同的蛋白质在几张平凡玻片或其他基材上通过特殊的技术进行分析。
蛋白质芯片具有高通量、高精度、高效性和可重复性,对于筛选药物靶点、发现新的蛋白质以及蛋白质相互作用等方面都具有很强的优势。
4.蛋白质相互作用技术蛋白质相互作用技术通过探测不同蛋白质之间的相互作用,能够解决许多疾病发生的分子机制问题。
蛋白质相互作用技术已经成为细胞生物学、医学等领域的研究重点。
二、蛋白质组学在疾病的研究中的应用蛋白质组学关注蛋白质的表达、定量、亚细胞位点定位、翻译后修饰等,在生物医学研究中,已经广泛地应用于疾病的诊断、治疗和预防等方面。
蛋白质组学在生物医学中的应用前景

蛋白质组学在生物医学中的应用前景随着现代生命科学的发展,测序技术的进步,科学家们开启了一个全新的时代——蛋白质组学时代。
蛋白质组学是指以大规模、系统的方法研究蛋白质组成、结构、功能和相互作用等问题的科学分支。
它是生物学、生物医学等领域必不可少的工具,可以为我们了解生命本质提供深入的揭示。
一、蛋白质组学技术的发展历程早在1995年,“鸟晶片”(two-dimensional gel electrophoresis,2-DE)技术出现,使得科学家们能够同时检测成百上千种蛋白质,从而可视化细胞内蛋白质组成,为后续大规模研究奠定基础。
随着质谱技术的进步,发展出了蛋白质质谱技术,即蛋白质组学中的核心技术之一。
同时,由于基因组学和转录组学的快速发展,蛋白质组学的研究方法也得到大力推动和改进,例如蛋白质亲和层析(Protein Affinity Chromatography,PAC)、蛋白质芯片技术(Protein Chip)等。
这些方法的出现和发展,使得蛋白质组学在生物医学领域的应用前景更加广阔。
二、蛋白质组学的应用1、蛋白质组学研究疾病基因不一定能完全反映疾病的本质,而蛋白质作为疾病的诊断标志物在相当程度上具有可靠性,并且可以提供疾病的重要信息。
例如,通过蛋白质组学技术,研究人员可以发现某些特定癌症的蛋白质可作为早期诊断和筛查的生物标志物,为疾病治疗和防治提供了重要依据。
2、蛋白质组学在药物研发方面的应用在新药研发中,蛋白质组学也起着重要作用。
研究人员可以通过分析蛋白质组成,以及分析蛋白质相互作用与调控关系,进而寻找特异性的生物分子,从而为新药的设计和开发提供基础。
例如,在肿瘤治疗领域,蛋白质组学可极大地加快新药的研发进程,并且使药物的疗效和安全性更加可靠和准确。
3、蛋白质组学和个性化医疗随着科技的发展,人们逐渐认识到传统的“一刀切”治疗模式已经无法适应不断变化的疾病形式,而个性化模式已成为未来发展的趋势。
蛋白质组学的研究方法和进展

蛋白质组学的研究方法和进展蛋白质是细胞中最重要的一类生物大分子,不仅构成生物体的大部分物质,而且参与多种生物过程。
在生物学的研究中,蛋白质组学就是广泛用于研究蛋白质及其解析结构、功能和相互作用的一种技术。
蛋白质组学技术的不断发展,为科学家们提供了更广阔的研究领域和更深入的认识和理解。
一、蛋白质分离技术蛋白质在细胞中有着多种不同的类型和数量,分离这些蛋白质对于进一步的研究至关重要。
凝胶电泳是一种最早应用于蛋白质分离的技术,在这一技术中,蛋白质被分离到一条凝胶条中,并且能够根据其分子量进行鉴定。
近年来,液相色谱技术得到快速发展,以逆相高效液相色谱(RP-HPLC)为主的技术广泛应用于蛋白质的分离、富集和纯化中。
二、蛋白质鉴定技术现代蛋白质组学技术的特点是高通量、高分辨率、高灵敏度和准确率。
鉴定样品中的所有蛋白质非常复杂,多组学技术的整合在蛋白质组学的研究中显得尤为重要。
代表性的鉴定技术是质谱法,可将蛋白质析出后离线或在线进行鉴定。
其中,MALDI-TOF 质谱技术是蛋白质鉴定中的重要方法之一,该技术使用激光脱附离子化(MALDI)策略以减少化学修饰和分离过程对蛋白质结构的影响。
三、蛋白质表达技术从DNA转录到蛋白质翻译的过程,是生物体逐步实现功能的一个重要环节。
蛋白质表达技术是在外部体系中重现这一过程的有效方法,在研究中应用极为广泛。
常见的蛋白质表达系统有大肠杆菌、酵母、哺乳动物等,其中,大肠杆菌是最常用的单细胞表达体系。
近年来,蛋白质表达与修饰的转化药学已经成为一个热门领域,各种新型表达体系也层出不穷。
四、蛋白质数据分析鉴定蛋白质,只是蛋白质组学研究的第一步,有关数据分析和解释的关键环节,对于进一步的研究显得尤为重要。
目前,由于蛋白质比较庞大并且互相之间联系复杂,因此数据分析技术的不断发展就格外重要了。
从最初的数据搜索和标识,到后来的蛋白质序列分析、结构预测、功能预测和网络分析等,蛋白质数据分析技术已经成为蛋白质组学研究的重要环节。
蛋白质组学研究的现状和未来

蛋白质组学研究的现状和未来随着科学技术的不断发展,各个领域也越来越得到人们的重视。
其中,生命科学领域的研究成果对医学、生物学等领域都有着深刻的影响。
而蛋白质组学作为一种较为新兴的技术,其研究也受到了越来越多的关注。
本篇文章将介绍蛋白质组学研究的现状和未来。
一、蛋白质组学研究的背景蛋白质是生命体中最为重要的分子之一,它们负责调节生命体内的许多关键过程,如催化化学反应、支持细胞结构和传递信号等。
蛋白质组学研究的目的就是发现、识别、定量、分析和模拟生物体中所有蛋白质在特定时间和环境下的表达、结构、功能、相互作用和调节。
与其它技术不同的是,蛋白质组学通过综合分析其它多种技术获得的大量数据,从而全面认识生物体中蛋白质在宏观和微观层面上的作用机制。
二、蛋白质组学研究的核心技术蛋白质组学是一种综合的技术,并需要多种技术的有机结合才能实现从样本中获得大量有关蛋白质的信息。
在这个过程中,其中最主要的技术是质谱技术和蛋白质芯片技术。
1、质谱技术质谱技术是一种分析技术,通过质谱仪将大分子物质分解成其成分离子,并对这些离子的分子质量进行质量测定、分析和鉴定。
应用到蛋白质组学研究中,它可以通过肽段质谱和蛋白质质谱分析等手段,对蛋白质进行鉴定和定量的工作。
同时,质谱技术作为高通量研究中的核心技术之一,也可通过基于“表征-鉴别-定量”策略从样本中高效地获得大量的蛋白质。
在高通量蛋白质组学研究中,质谱技术所扮演的角色越来越重要,其自动化、灵敏度、精度、准确度和高通量检测能力甚至被认为是蛋白质组学研究的“金标准”。
2、蛋白质芯片技术蛋白质芯片技术是以蛋白质为基质,类似于DNA芯片的方法检测和解析蛋白质功能。
与质谱技术所使用的方法不同,蛋白质芯片技术则基于蛋白质本身对于化学环境、温度、酸碱性、电场等因素的变化反应产生的行为,检测和解析蛋白质的性质和功能。
对于蛋白质芯片技术的发展实现,一方面这种技术可针对某些单一蛋白质的研究,另一方面也可针对高通量蛋白质研究。
蛋白质组学研究的应用价值和前景

蛋白质组学研究的应用价值和前景1.引言蛋白质组学是研究生物体内所有蛋白质的全集与其功能的一门科学。
通过蛋白质的表达、定量、修饰等方面的研究,可以深入了解生物体的生理机制、疾病发生机理以及药物研发的目标。
本文将介绍蛋白质组学研究的应用价值以及未来的前景。
2.蛋白质组学的应用价值2.1疾病生物标志物的发现蛋白质组学研究可以通过比较健康与疾病患者的蛋白质组差异,寻找疾病的生物标志物。
这些生物标志物可以用于早期疾病诊断、疾病分类以及疾病预后评估等方面,为临床诊断与治疗提供重要的依据。
2.2药物研发的辅助蛋白质质谱技术可以用于药物靶点的筛选与鉴定。
通过对蛋白质组进行定量表达分析,可以发现与疾病相关的蛋白质,为药物研发寻找合适的靶点。
此外,蛋白质修饰分析也可以帮助研究者了解药物与蛋白质之间的相互作用机制,进而优化药物的疗效和安全性。
2.3生物信息学研究的支持蛋白质组学的研究可以提供大量的蛋白质表达、互作与修饰数据,为生物信息学研究提供了重要的数据源。
通过蛋白质组学数据的分析,可以揭示蛋白质的结构、功能以及相互作用网络等信息,为生物学的研究提供重要的理论支持。
3.蛋白质组学的未来前景3.1单细胞蛋白质组学当前的蛋白质组学研究主要集中在组织和细胞水平,而忽视了单个细胞的差异。
随着单细胞技术的发展,未来可以实现对单个细胞进行蛋白质组学研究,揭示细胞异质性与疾病发生机制的关系。
3.2功能蛋白组学传统的蛋白质组学研究主要关注蛋白质的表达量与修饰状态,而对于蛋白质的功能了解较少。
未来的研究将更加重视蛋白质的功能与蛋白质网络的构建,以揭示蛋白质功能与疾病之间的关系,促进疾病治疗的精准化与个性化。
4.结论蛋白质组学研究在疾病生物标志物的发现、药物研发、生物信息学研究等方面发挥着重要的作用。
未来,随着技术的不断发展,蛋白质组学将进一步深化我们对生物体的认识,为疾病治疗和定制化医疗提供更为全面和精确的支持。
蛋白质组学研究与应用

蛋白质组学研究与应用随着科技的不断进步和科学研究的不断深入,蛋白质组学作为一门新兴的技术和研究领域,正在逐步发展和应用于生物医药领域。
蛋白质组学,简单来说,就是对蛋白质组的研究,它包括对蛋白质结构、功能、表达和相互作用等方面的研究。
下面,我们将深入探讨蛋白质组学研究和应用,以及它们对生物医药领域的影响。
一、蛋白质组学研究1. 蛋白质组学技术目前,蛋白质组学技术主要分为两大类,即蛋白质质谱技术和蛋白质芯片技术。
蛋白质质谱技术是将蛋白质分离后用质谱技术进行分析,可以得到蛋白质的质量、序列、结构和表达水平等信息。
而蛋白质芯片技术则是将蛋白质固定在芯片上,利用芯片上的探针检测蛋白质的表达和相互作用。
2. 蛋白质组学研究内容蛋白质组学研究的内容非常丰富,主要包括以下几个方面:(1)蛋白质组学在疾病诊断和治疗方面的应用。
比如通过分析肿瘤细胞的蛋白质组成进行癌症诊断,或者通过分析抗生素对细菌蛋白质的影响,寻找新型抗生素。
(2)蛋白质相互作用的研究。
蛋白质之间的相互作用是生命活动中的重要环节,研究蛋白质相互作用可以揭示细胞信号传导、代谢调控等生命活动的机制。
(3)蛋白质的功能和结构研究。
蛋白质的功能和结构是研究蛋白质功能和生命活动的基础,研究蛋白质的功能和结构可以揭示生命活动的机理。
二、蛋白质组学应用1. 药物研发与筛选蛋白质组学在药物研发与筛选方面的应用非常广泛。
通过研究蛋白质相互作用、识别关键蛋白质作用靶点等技术,可以研发出具有高效性和特异性的药物,并对药物的毒副作用和治疗效果进行评估,提高药物的研发效率和成功率。
2. 病理诊断与治疗蛋白质组学在病理诊断与治疗方面的应用也非常广泛。
例如,通过分析患者体液和组织中的蛋白质组成,可以帮助诊断疾病,如癌症、糖尿病、多发性硬化等。
此外,蛋白质组学还可以作为疾病治疗的靶点,研究药物的作用机理和治疗效果。
3. 基因组学和蛋白质组学的结合蛋白质组学和基因组学的结合,可以帮助我们更深入地研究蛋白质功能和相互作用。
蛋白质质谱研究的进展和应用

蛋白质质谱研究的进展和应用随着科技的不断发展,现代生命科学中出现了众多的技术手段,蛋白质质谱技术便是其中一种。
蛋白质质谱技术是通过分析蛋白质在大分子水平上的物理、化学性质来进行蛋白质的研究和鉴定的方法。
接下来将简要介绍近年来蛋白质质谱研究方面的进展和应用。
一、蛋白质质谱研究的进展1.质谱仪技术不断更新升级在现代科学技术的推动下,质谱仪技术也在不断地更新升级,为研究人员提供更多更细致、更精确的数据。
例如:MALDI-TOF质谱技术在质谱成像、质谱显微镜和快速蛋白质指纹鉴定领域的应用增强了我们对蛋白质质谱数据的理解和研究。
另外,即时结构质谱技术的出现,为生命科学研究提供了一个更具迅速性、灵敏性以及更微小的分辨率空间,可以实时监测蛋白质的结构动态变化。
2.基于细胞的蛋白质组学研究在细胞水平上进行蛋白质质谱研究,是近年的研究热点。
这种研究方法是通过对细胞或组织中的蛋白质进行分离分析,研究细胞所包含的蛋白质组成、发现新基因和细胞功能。
新兴的单细胞蛋白质组学技术(单细胞质谱)也给这种研究带来了无限的可能。
二、蛋白质质谱研究的应用1.丰富了药物研发的流程和途径蛋白质质谱技术已广泛应用于康复药物和抗肿瘤药物的研制。
它可以用来设计一个药物分子到蛋白质取得合适的亲和力或设计一个新分子的结构以提高其抗肿瘤活性,再进一步推动药理学研究。
同时,它可以作为药物分子的评价和制造过程中的重要监测手段。
2.辅助疾病诊断蛋白质质谱技术在疾病诊断方面的应用是非常广泛的。
例如,它可用于筛查肿瘤标志物,识别血中的蛋白质和升高水平,以判断患者肿瘤的类型;用于肾功能损伤的诊断;通过分析血液中不同类型的蛋白质,评估患者的癌症治疗进展情况。
3.帮助了食品安全的监管和控制蛋白质质谱在食品安全和食品标识方面的应用也是至关重要的。
蛋白质质谱技术可用于检测食品中是否含有过敏原,从而更准确地标示食品成分。
同时,它还可用于检测食品中的添加剂,如防腐剂、色素、口味增强剂等,以确保食品的质量和安全。
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《蛋白质工程》(课程论文)题目名称:蛋白质组学技术的研究进展及应用所在学院:生命科学与技术学院专业(班级):生技131班学生姓名:梁健授课教师:韩晓菲蛋白质组学技术的研究进展及应用生技131班梁健13772025摘要:随着人类基因组计划全部测序的初步完成,研究重点转到对基因功能的研究上。
蛋白质作为基因功能的主要体现者,对其表达模式和功能的研究成为热点,出现了蛋白质组学。
研究蛋白质组学有助于了解蛋白的结构、细胞的功能、生命的本质及活动规律,为疾病的诊断、治疗、疫苗及新药开发提供科学依据。
关键词:蛋白质组学;进展;应用蛋白质组学(proteomics)是产生于20世纪90年代中期的一门新兴学科,以细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象,是后基因组时代生命科学研究的核心内容。
蛋白质组学的产生与发展经历了一个漫长的过程,在这个过程中,研究者不断修正蛋白质组学的发展方向和推进蛋白质组学相关支撑技术的快速发展,进而拓展蛋白质组学在整个生命科学和生物医学研究中的应用,成为后基因组时代重要的研究新领域,并成功地应用到基础研究及医学研究等各个领域,推进其迅速发展。
1 蛋白质组学的概念及研究内容1.1蛋白质组学的概念蛋白质组(proteome)源于protein和genome两词的杂合,最早是由澳大利亚的WILKINS等于1995年提出,其定义为“一种基因组所表达的全部蛋白质”。
早期相对狭义的蛋白质组的概念是指在某一特定的时间和空间条件下,1个细胞的基因组所表达的蛋白质数目的总和。
随着研究的深入,人们提出了广义的蛋白质组的概念,用来描述1个细胞、组织、器官或1个物种的生命个体,在其不同的生存及发育条件下所表达的各种蛋白数目的总和。
所以蛋白质组所含的蛋白数目及其表达量是随着时间和空间的不同而不断发生变化的。
蛋白质组学最有价值的优势是它可以观察在特定的时间下一个完整的蛋白质组或蛋白亚型在某种生理或病理状态中,发生的相应的变化。
1.2 研究内容根据研究内容的不同,蛋白质组学可分为差异蛋白质组学(或称表达蛋白质组学)、结构蛋白质组学和功能蛋白质组学,其中差异蛋白质组学在蛋白质组学研究中十分常用且应用广泛。
差异蛋白质组学主要是研究比较在2种或多种不同条件下蛋白质组表达的差异变化。
结构蛋白质组学主要是蛋白质表达模式的研究,包括蛋白质氨基酸序列分析及空间结构的解析。
蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础内容,主要研究特定条件下某一细胞或组织的所有蛋白质的表征问题。
功能蛋白质组学主要是蛋白质功能模式的研究,包括蛋白质的功能和蛋白质间的相互作用。
蛋白质的功能模式的研究是蛋白质组学研究的最终目标,目前主要集中于研究蛋白质相互作用和蛋白质结构与功能的关系,以及基因的结构与蛋白质的结构功能的关系。
对蛋白质组成的分析鉴定是蛋白质组学中与基因组学相对应的主要部分,它要求对蛋白质进行表征即对所有蛋白质进行分离、鉴定及图谱化。
蛋白质间的相互作用主要包括以下几类:分子和亚基的聚合;分子杂交;分子识别;分子自组装;多酶复合体。
而分析一个蛋白质和已知功能的蛋白质相互作用是研究其功能的重要方法。
2 蛋白质组学的研究进展蛋白质组学研究的首要任务是建立获取和分析蛋白质的常规、可靠、有效的技术。
为达到这一要求,就需要样品准备、数据获取标准化及自动化,也就是要有可重复的高通量的技术。
蛋白质组研究的技术手段在不断完善,其工作流程是多步骤进行,包括蛋白质样本的制备、分离、定量及鉴定。
由双向凝胶电泳、质谱技术、酵母双杂交系统、蛋白质微阵列技术、能进行大规模数据处理的计算机系统和软件、软电离技术及生物信息学技术等构成了蛋白质组学研究的主要技术体系。
2.1 双向聚丙烯酰胺凝胶电泳2D-PAGE是比较蛋白质组中蛋白表达量变化最常用的蛋白分离技术。
传统的2D-PAGE最初是由O’Farrell、Klose及Scheele等于1975年分别建立起来的。
此法可分离上千种蛋白,并可同时比较蛋白表达量的差异;可根据蛋白等电点(isoelectric point,pI)及分子质量的差别,有效地分离理化性质不同的蛋白,并可同时进行定性和定量分析;可区分磷酸化及非磷酸化蛋白或某些经过翻译后加工修饰的蛋白。
2D-PAGE主要分为2步,第1步等点聚焦采用pH梯度胶根据蛋白等电点的不同进行电泳分离;第2步SDS—PAGE电泳则是根据蛋白分子质量的差异进行蛋白分离。
2D-PAGE法的不足之处在于:仍主要依赖许多手工操作、费时、自动化程度不高;样品上样量有限,不易分析蛋白含量很低的临床样本;对某些高疏水性蛋白(如细胞膜蛋白)分离效果差;对表达量较低的蛋白(<1000拷贝数)、极酸性(pI<3) 或极碱性(pI<10)的蛋白检测均不理想;某些蛋白斑点中可能含有等电点和分子质量极为接近的数种蛋白,会给数据分析带来困难;还有一些蛋白由于分子质量太大(>150 ku)或太小(<10 ku)容易在分离过程中被丢失,会增大蛋白质组重复性分析的误差。
通过首先分离纯化亚细胞器,然后富集其中的蛋白或蛋白复合物可降低蛋白质组的复杂程度、提高蛋白检测的灵敏度,并有助于了解蛋白在细胞内的定位分布等。
采用免疫学方法去除样本中的高丰度蛋白,也会有利于低丰度蛋白的检出。
尽管2D-PAGE法仍存在着一些局限,但由于其方法简便、分辨率高,目前仍是分离蛋白质组的重要手段之一。
为进一步提高2DPAGE的灵敏度、分辨率及重复性,Unlii等建立了双向荧光差异凝胶电泳法(two-dimensional difference in-gel electropho- resis,2D-DIGE)。
这种方法用不同的荧光染料标记所要比较的蛋白质组样品,在同一块电泳胶上分离,并定量比较表达量有差异的蛋白,具有重复性好、灵敏度高及能与质谱联用鉴定蛋白质等优点。
但其缺点是难以对多个蛋白质组同时进行比较,而且由于试验仪器、分析软件、检测试剂等相对昂贵,不利于普及。
2.2 质谱质谱是鉴定蛋白的最常用技术。
20世纪初期英国物理学家Thomso n等的工作奠定了质谱分析的基础,Thomso n并因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。
最初的质谱仅能分析挥发性小分子物质,随着离子化技术的出现,使质谱测定极性强、难挥发的生物蛋白大分子得以实现。
质谱分析目前已成为鉴定蛋白最常用的核心技术,具有快速、灵敏、重复性好、自动化程度高等特点。
值得指出的是质谱技术不是直接分析完整的、未经裂解的蛋白分子,而主要是分析经特异的蛋白酶(如胰酶)水解后得到的肽段混合物。
质谱分析的主要步骤包括样品气化、分离、检测及数据处理等。
其原理是将所要分析的样品在离子化装置内从分子形式转化为气态离子,然后根据不同离子间的质荷比(mass-to- chargeratio,m/z)差异来确定离子化分子的相对质量,从而获得1个蛋白或多肽的分子质量。
不同的蛋白分子有其固有的分子质量,每个蛋白分子的氨基酸组成、序列及翻译后修饰方式的不同都可通过蛋白的分子质量反映出来。
因此对组成蛋白的多肽或氨基酸的分子质量测定就是对蛋白的结构、性质及种类的分析与鉴定。
质谱主要用于分析蛋白质组中蛋白的种类或蛋白复合物的组成、对蛋白进行定性定量、研究蛋白之间的相互作用、测定蛋白翻译后加工修饰的方式等。
串联质谱可用来测定蛋白肽段的氨基酸序列,主要是先用特异的蛋白内切酶水解蛋白样品,对产生的特征性肽段的质量进行质谱测定后,再将某一特定质荷比的肽段离子化,并做进一步的质谱分析。
通过将质谱测定结果与蛋白多肽数据库中已知蛋白肽段的序列进行比较,就可判定被测肽段的序列对应的蛋白序列。
因此,可以说完整、准确的蛋白生物信息数据库是完成质谱鉴定蛋白分子全序列所必需的。
此外,MS/MS还可用来鉴定蛋白翻译后的修饰位点,如磷酸化、糖基化、甲基化及乙酰化位点等。
目前,传统的Edman降解测序法已基本上被质谱法所取代,如今质谱法已成为大规模蛋白测序的主要工具。
质谱除了可用于测定蛋白或肽段的序列,还可进行蛋白定量分析,常用的方法有:同位素标记亲和质谱、同位素标记相对及绝对定量质谱、细胞培养稳定同位素标记氨基酸质谱及绝对蛋白定量质谱等。
质谱分析目前只能分离气态化的离子,蛋白消化不完全或肽段离子化不充分均会导致质谱分析出现假阴性的结果。
尤其是当2种蛋白的氨基酸序列差异很小时,质谱也很难准确地将它们区分鉴定。
细胞膜蛋白的水溶性差,与胞浆蛋白相比其含有的胰酶裂解位点较少,酶解后产生的疏水性肽段不易分离,因此质谱分析通常只能鉴定出一部分膜蛋白,难以全面客观地反映出某一蛋白质组中膜蛋白的真实数量。
另外,细胞内不同蛋白之间表达量差异很大,而且目前蛋白质还不能像DNA分子那样被扩增,因此高表达量的蛋白易被检出,而低丰度蛋白则易被漏检,如采用质谱技术来系统地分析组织、血清或其他体液的蛋白质组仍有一定的困难。
因此如何完整精确地检测出蛋白质组中的所有蛋白,是目前质谱分析所面临的一个巨大挑战。
2.3酵母双杂交系统酵母双杂交系统是由Fields等(1989)首先报道,主要用于研究蛋白之间的相互作用。
其工作原理是基于酵母基因的启动子序列可被转录激活因子所识别,从而诱导位于启动子下游的报告基因表达。
真核细胞的许多转录激活因子含有2个功能区:一个是DNA结合区,能与启动子序列结合;另一个是激活区,能活化启动子。
仅含有DNA结合区或启动子激活区的蛋白均无法激活启动子,所以位于启动子下游报告基因的表达为阴性。
可构建表达DNA结合区与诱饵蛋白Y 融合的载体,同时构建表达启动子激活区与猎物蛋白Z融合的载体,然后将它们同时引入含有特定启动子和报告基因的酵母细胞中,使它们在一个细胞内同时表达以上2种融合蛋白。
若蛋白Y与Z之间能相互作用,则启动子会被激活,诱导其下游报告基因的表达,因此通过检测报告基因是否表达,就可推断蛋白Y 与Z之间是否存在着相互作用的关系。
2H系统可用来研究多种未知蛋白与一个已知蛋白间的相互作用。
这一系统具有高通量、便于自动化等优点,可广泛用于大规模研究细胞内蛋白之间的相互作用。
其主要缺点是容易出现假阳性和假阴性,阳性结果常需要采用其他方法像pull—down免疫共沉淀来进一步验证,而假阴性结果则可能是由于人的某些蛋白在酵母细胞内易于降解或不能进行正常的折叠所致。
另外传统的Y2H系统只能检测位于细胞核内的蛋白问的相互作用,难以研究膜蛋白或细胞浆内蛋白间的相互作用。
为了克服其局限性,Snider等(2010)建立了膜酵母双杂交系统(membraneY2H)来检测膜蛋白与膜蛋白或膜蛋白与细胞浆蛋白之间的相互作用。
2.4生物信息学蛋白质组数据库是蛋白质组研究水平的标志和基础。
瑞士的SWISS-RPOT 拥有目前世界七最大、种类最多的蛋白质组数据库。